干货 教你从电源芯片内部设计,看各个功能是如何实现的


原标题:干货 教你从电源芯片内部设计,看各个功能是如何实现的
电源芯片的内部设计是一个复杂而精细的过程,它涉及多个功能模块和电路元件的协同工作。以下是从电源芯片内部设计角度,解析各个功能是如何实现的:
一、基准电压
类似于板级电路设计的基准电源,芯片内部基准电压为芯片其他电路提供稳定的参考电压。这个基准电压要求高精度、稳定性好、温漂小。芯片内部的参考电压又被称为带隙基准电压,因为这个电压值和硅的带隙电压相近,因此被称为带隙基准。这个基准电压是电源芯片正常工作的基础,它确保了其他电路模块能够稳定、准确地工作。
二、振荡器OSC和PWM
开关电源的基本原理是利用PWM(脉宽调制)方波来驱动功率MOS管。因此,电源芯片内部需要有一个振荡器OSC来产生振荡信号。这个振荡信号经过PWM电路处理后,形成占空比可调的方波,用于驱动功率MOS管的通断。PWM电路的设计需要考虑到电流模式下的斜坡补偿,以确保在占空比大于50%时,斜坡能够保持稳定。
三、误差放大器
误差放大器的作用是为了保证输出恒流或者恒压。它通过对反馈电压进行采样处理,将采样结果与基准电压进行比较,产生误差信号。这个误差信号经过放大后,用于调节驱动MOS管的PWM信号,从而实现对输出电压或电流的控制。误差放大器的设计需要考虑到其增益、稳定性和响应速度等参数,以确保电源芯片的输出能够稳定、准确地跟随负载的变化。
四、驱动电路
驱动电路是电源芯片中用于驱动功率MOS管的部分。它通常由很大面积的MOS管组成,具有强大的电流能力。驱动电路的设计需要考虑到MOS管的开关速度、损耗和可靠性等因素,以确保功率MOS管能够高效、稳定地工作。
五、其他功能模块
除了上述基本功能模块外,电源芯片内部还包含了一些其他重要的功能模块,如启动模块、过压保护模块(OVP)、过温保护模块(OTP)、过流保护模块(OCP)等。这些模块的设计都是为了确保电源芯片能够正常、可靠地工作。
启动模块:用于启动芯片工作。在上电瞬间,所有晶体管电流可能为0并维持不变,无法正常工作。启动模块的作用就是相当于“点个火”,然后再关闭。
过压保护模块(OVP):当输入电压太高时,通过开关管来关断输出,避免损坏。通过比较器可以设置一个保护点,当输入电压超过这个保护点时,过压保护模块就会触发,关断输出。
过温保护模块(OTP):为了防止芯片异常高温损坏,利用晶体管的温度特性然后通过比较器设置保护点来关断输出。
过流保护模块(OCP):在输出短路的情况下,通过检测输出电流来反馈控制输出管的状态,可以关断或者限流。利用晶体管的电流和面积成正比来采样,一般采样管的面积会是输出管面积的千分之一,然后通过电压比较器来控制MOS管的驱动。
六、晶体管工作状态设置
在电源芯片内部,每一个晶体管的工作状态都是通过偏置电流来设置的。恒流源电路可以说是所有电路的基石,带隙基准也是因此产生的。然后通过电流镜来为每一个功能模块提供电流,电流镜就是通过晶体管的面积来设置需要的电流大小,类似镜像。
综上所述,电源芯片的内部设计涉及多个功能模块和电路元件的协同工作。这些功能模块和电路元件共同实现了电源芯片的稳压、恒流、保护等功能,确保了电源芯片能够正常、可靠地工作。
责任编辑:David
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